汽车倒车仪硬件系统的设计
汽车倒车仪硬件系统的设计[20200408211846]
摘 要
课题研究了单片机汽车倒车测距仪。超声波汽车倒车测距仪根据超声测距技术和单片机设计制作出来的。该系统在常见的汽车倒车预警装置的基础上采用计算机控制技术和超声波测距技术，通过显示障碍物与汽车的距离并根据其距离远近实时发出报警，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了驾驶安全性。
课题在研究单片机汽车倒车测距仪过程中，运用理论分析和电路设计等研究手法，独立完成了汽车倒车测距仪系统硬件的设计。
本文认真的介绍了超声波传感器的原理、特性等，同时还提到了AT89C51单片机一些性能、特点等问题，同时设计测距系统利用超声波测距原理，明确指出了设计中的应该需要思考的情况。最终选择使用了AT89C51单片机，是因为它的价格低，精确度高，体积小。本系统电路性能良好，计算简洁，设计合理，检测速度快，工作状况稳定，容易做到实时控制，同时它也能支持工业测量精度的应用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:超声波单片机测距AT89C51
目 录
1.绪论? 1
1.1?课题研究的意义和背景? 1
1.2?国内外发展现状?? 1
1.3 研究内容及论文构成 2
1.4 方案设计与论证 2
1.4.1方案的选择 2
2.超声波测距系统原理 4
2.1 超声波的含义 4
2.2 超声波的特点 4
2.3 超声波测距的原理 4
3.超声波测距系统元件的选择与介绍 6
3.1微控制器AT89C51 6
3.1.1单片机的介绍及选择 6
3.1.2主要特性 7
3.1.3 单片机最小化系统 8
3.1.4复位电路 8
3.2液晶显示器LCD1602 10
3.2.1 LCD1602的特性 10
3.2.2 LCD1602主参数 10
3.2.3 LCD1602引脚说明 10
3.2.4 LCD1602液晶显示器实物图 11
3.3 蜂鸣器介绍 11
3.3.1 蜂鸣器的种类划分 12
3.4发光二极管介绍 12
4.超声波测距系统电路的设计 13
4.1 超声波传感器简介 13
4.1.1超声波传感器的原理 13
4.1.2 超声波传感器的特性 13
4.1.3 超声波传感器的检测方式 13
4.1.4 超声波传感器系统的构成 14
4.2 发射模块 15
4.3 接收模块 16
4.4报警模块 17
4.5显示模块 18
5.超声波测距仪系统模拟仿真 20
5.1 系统使用的软件简介 20
5.1.1 Keil程序编译调试软件 20
5.1.2 Proteus仿真软件 20
5.2 软件调试 21
5.3 Protues 仿真软件使用说明 23
结论 26
参考文献 27
致谢 28
1.绪论?
1.1?课题研究的意义和背景?
随着我国经济的快速发展，交通运输车辆的增加，由此产生的交通问题受到人们越来越多的关注。因为倒车后视镜存在死角问题，所以驾车者会存在目测距离误差，视野不清晰等问题，由此汽车在倒车的时候容易发生事故。倒车事故不但会造成财产的损失，严重时会伤及生命。鉴于上述问题，汽车的研制人员，专为倒车泊车设计了一个“倒车测距仪”。通过考察统计得知，绝多大数的驾驶员希望能够研发出一种能看到汽车后面的障碍物的“后视眼”。倒车测距仪的研发成功解决了驾驶员的困扰，大幅度地降低了汽车倒车时发生事故的频率。
汽车倒车测距仪测量和显示从车辆的距离的车后障碍，在间歇蜂鸣报警的同时，伴随着障碍物距离的缩短间歇时间也缩短了。驾驶员不仅仅能够看到被显示出来的距离，还能够根据报警声音来判断障碍物距离车子的距离。特别适合于大型车辆倒车。该仪器主要分为由三部分：监控器，接线盒和探测器。其中监控器是通过单片计算机为中枢的集成电路所构成，发射并接收频率为40kH的超声波，利用发射波和接收波两者之间的时间差来计算出车辆距离障碍物的距离。它设立在驾驶室内司机容易看到的地方。它具有精确度高，速度快等特点，被广泛运用到各种控制系统中。接线盒，包括电箱，电器盒；电器盒体的内部设有一个插座，插座与电器盒主体。而探测器主要用于检测汽车障碍物离汽车尾部的距离，并将信号及时的传递给电路，从而提高了倒车的安全性[1]。?
使用超声测距与单片机设计出超声波汽车倒车测距仪，大大提高了行驶安全性。
1.2?国内外发展现状??
倒车雷达系统经历了三大阶段，六代的技术改进，起初的倒车防撞机器，仅可以检测到汽车后面一定范围内的障碍物，并发出报警声响，一直到现在可以通过距离的远近来分段报警。但是它们的功能有限，比较单一。现如今人们对汽车驾驶辅助系统要求越来越高，所以本课题研制了一款新型的倒车雷达系统。要求倒车雷达不间断的测量汽车尾部与障碍物之间的距离，并且还要把汽车尾部与障碍物之间的距离显示出来，在这同时还要采用不间断的“嘟嘟”声报警来提醒驾驶员安全驾车。??
目前我国的汽车倒车测距的相关技术还是比较落后的，汽车倒车辅助系统绝大部分仍停留在语音报警或者图像显示的技术上。最近几年借助GPS屏幕的功能，将连接在汽车后部的摄像头所拍到的画面传送给驾驶员分析从而大大提高了汽车倒车的安全性。但是这一类的产品有一个缺点，就是对距离信息无法感知。而在国外，如美国、德国、日本等发达国家在汽车倒车测距技术是比较成熟的，远远超过我国，排在世界的前头。这是因为他们的汽车信息化技术起步的比较早，而且在半导体和微电子方面的技术也有相当高的水平。给汽车装上了超声波倒车雷达系统，这样汽车在倒车时，就能够准确并安全的倒车。此系统主要由声光报警电路，显示电路，超声波发射电路，超声波接收电路四部分。由于汽车倒车测距技术能够大大减少汽车倒车带来的诸多问题，因此，国外国内都在研究这一先进的技术，来帮助汽车驾驶员对影响交通安全的人、车、路环境进行严格的监控，在紧急情况下由该系统主动干涉驾驶操纵、帮助驾驶员进行应急处理、防止汽车发生碰撞，从而导致双方财产的损失。
1.3 研究内容及论文构成
论文是以单片机为控制核心，设计出汽车倒车测距仪的电路图，并通过LCD显示屏来显示障碍物与车后的距离和蜂鸣器报警来达到预警的目的。?
单片机控制电路设计，LCD显示电路设计，蜂鸣器报警电路设计及超声波测距模块的安装与调试等组装而成。汽车倒车测距仪软件设计中，通过C语言编写程序，从而使单片机能够对外围芯片进行驱动与控制，使汽车倒车测距仪工作[2]。
1.4 方案设计与论证
1.4.1方案的选择
市场上使用比较多的测距传感器有红外传感器、激光传感器、超声波传感器。因此有以下三种方案可供选择：?
方案一：红外传感器测距?
红外测距的好处是价格便宜，容易制作，安全；缺点是测量精度较低，距离不能够太远，方向性不好。
红外传感器测距工作原理：红外测距传感器是利用的红外测距传感器LDM301发射出一束红外光，在碰到物体后形成一个反射的回路，反射到传感器后接收反射波，然后利用CCD图像处理接收发射与接收的时间之差的数据。经信号处理器处理后计算出车子到物体的距离。适用于恶劣的工作环境中[3]。
方案二：激光传感器测距
激光测距的准确度较高，但是它对人体有较大的伤害，技术复杂，价格较高，而且光学系统 需要保持干净，不然就将影响测量。
激光传感器测距工作原理：激光传感器工作的时候，首先使用激光发射二极管向目标发射激光脉冲。碰到目标后，激光会同时向四周反射。传感器接收器接收到一些反射光，光学系统接收以后在雪崩光电二极管上面成像。雪崩光电二极管是一种能够检测出很微弱的光信号，并且能够将它转化为相应的电信号的光学传感器。常见的是激光测距传感器，它通过光脉冲发出时间和被接收器接收的时间，就能够计算得到目标的距离[4]。
摘 要
课题研究了单片机汽车倒车测距仪。超声波汽车倒车测距仪根据超声测距技术和单片机设计制作出来的。该系统在常见的汽车倒车预警装置的基础上采用计算机控制技术和超声波测距技术，通过显示障碍物与汽车的距离并根据其距离远近实时发出报警，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了驾驶安全性。
课题在研究单片机汽车倒车测距仪过程中，运用理论分析和电路设计等研究手法，独立完成了汽车倒车测距仪系统硬件的设计。
本文认真的介绍了超声波传感器的原理、特性等，同时还提到了AT89C51单片机一些性能、特点等问题，同时设计测距系统利用超声波测距原理，明确指出了设计中的应该需要思考的情况。最终选择使用了AT89C51单片机，是因为它的价格低，精确度高，体积小。本系统电路性能良好，计算简洁，设计合理，检测速度快，工作状况稳定，容易做到实时控制，同时它也能支持工业测量精度的应用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:超声波单片机测距AT89C51
目 录
1.绪论? 1
1.1?课题研究的意义和背景? 1
1.2?国内外发展现状?? 1
1.3 研究内容及论文构成 2
1.4 方案设计与论证 2
1.4.1方案的选择 2
2.超声波测距系统原理 4
2.1 超声波的含义 4
2.2 超声波的特点 4
2.3 超声波测距的原理 4
3.超声波测距系统元件的选择与介绍 6
3.1微控制器AT89C51 6
3.1.1单片机的介绍及选择 6
3.1.2主要特性 7
3.1.3 单片机最小化系统 8
3.1.4复位电路 8
3.2液晶显示器LCD1602 10
3.2.1 LCD1602的特性 10
3.2.2 LCD1602主参数 10
3.2.3 LCD1602引脚说明 10
3.2.4 LCD1602液晶显示器实物图 11
3.3 蜂鸣器介绍 11
3.3.1 蜂鸣器的种类划分 12
3.4发光二极管介绍 12
4.超声波测距系统电路的设计 13
4.1 超声波传感器简介 13
4.1.1超声波传感器的原理 13
4.1.2 超声波传感器的特性 13
4.1.3 超声波传感器的检测方式 13
4.1.4 超声波传感器系统的构成 14
4.2 发射模块 15
4.3 接收模块 16
4.4报警模块 17
4.5显示模块 18
5.超声波测距仪系统模拟仿真 20
5.1 系统使用的软件简介 20
5.1.1 Keil程序编译调试软件 20
5.1.2 Proteus仿真软件 20
5.2 软件调试 21
5.3 Protues 仿真软件使用说明 23
结论 26
参考文献 27
致谢 28
1.绪论?
1.1?课题研究的意义和背景?
随着我国经济的快速发展，交通运输车辆的增加，由此产生的交通问题受到人们越来越多的关注。因为倒车后视镜存在死角问题，所以驾车者会存在目测距离误差，视野不清晰等问题，由此汽车在倒车的时候容易发生事故。倒车事故不但会造成财产的损失，严重时会伤及生命。鉴于上述问题，汽车的研制人员，专为倒车泊车设计了一个“倒车测距仪”。通过考察统计得知，绝多大数的驾驶员希望能够研发出一种能看到汽车后面的障碍物的“后视眼”。倒车测距仪的研发成功解决了驾驶员的困扰，大幅度地降低了汽车倒车时发生事故的频率。
汽车倒车测距仪测量和显示从车辆的距离的车后障碍，在间歇蜂鸣报警的同时，伴随着障碍物距离的缩短间歇时间也缩短了。驾驶员不仅仅能够看到被显示出来的距离，还能够根据报警声音来判断障碍物距离车子的距离。特别适合于大型车辆倒车。该仪器主要分为由三部分：监控器，接线盒和探测器。其中监控器是通过单片计算机为中枢的集成电路所构成，发射并接收频率为40kH的超声波，利用发射波和接收波两者之间的时间差来计算出车辆距离障碍物的距离。它设立在驾驶室内司机容易看到的地方。它具有精确度高，速度快等特点，被广泛运用到各种控制系统中。接线盒，包括电箱，电器盒；电器盒体的内部设有一个插座，插座与电器盒主体。而探测器主要用于检测汽车障碍物离汽车尾部的距离，并将信号及时的传递给电路，从而提高了倒车的安全性[1]。?
使用超声测距与单片机设计出超声波汽车倒车测距仪，大大提高了行驶安全性。
1.2?国内外发展现状??
倒车雷达系统经历了三大阶段，六代的技术改进，起初的倒车防撞机器，仅可以检测到汽车后面一定范围内的障碍物，并发出报警声响，一直到现在可以通过距离的远近来分段报警。但是它们的功能有限，比较单一。现如今人们对汽车驾驶辅助系统要求越来越高，所以本课题研制了一款新型的倒车雷达系统。要求倒车雷达不间断的测量汽车尾部与障碍物之间的距离，并且还要把汽车尾部与障碍物之间的距离显示出来，在这同时还要采用不间断的“嘟嘟”声报警来提醒驾驶员安全驾车。??
目前我国的汽车倒车测距的相关技术还是比较落后的，汽车倒车辅助系统绝大部分仍停留在语音报警或者图像显示的技术上。最近几年借助GPS屏幕的功能，将连接在汽车后部的摄像头所拍到的画面传送给驾驶员分析从而大大提高了汽车倒车的安全性。但是这一类的产品有一个缺点，就是对距离信息无法感知。而在国外，如美国、德国、日本等发达国家在汽车倒车测距技术是比较成熟的，远远超过我国，排在世界的前头。这是因为他们的汽车信息化技术起步的比较早，而且在半导体和微电子方面的技术也有相当高的水平。给汽车装上了超声波倒车雷达系统，这样汽车在倒车时，就能够准确并安全的倒车。此系统主要由声光报警电路，显示电路，超声波发射电路，超声波接收电路四部分。由于汽车倒车测距技术能够大大减少汽车倒车带来的诸多问题，因此，国外国内都在研究这一先进的技术，来帮助汽车驾驶员对影响交通安全的人、车、路环境进行严格的监控，在紧急情况下由该系统主动干涉驾驶操纵、帮助驾驶员进行应急处理、防止汽车发生碰撞，从而导致双方财产的损失。
1.3 研究内容及论文构成
论文是以单片机为控制核心，设计出汽车倒车测距仪的电路图，并通过LCD显示屏来显示障碍物与车后的距离和蜂鸣器报警来达到预警的目的。?
单片机控制电路设计，LCD显示电路设计，蜂鸣器报警电路设计及超声波测距模块的安装与调试等组装而成。汽车倒车测距仪软件设计中，通过C语言编写程序，从而使单片机能够对外围芯片进行驱动与控制，使汽车倒车测距仪工作[2]。
1.4 方案设计与论证
1.4.1方案的选择
市场上使用比较多的测距传感器有红外传感器、激光传感器、超声波传感器。因此有以下三种方案可供选择：?
方案一：红外传感器测距?
红外测距的好处是价格便宜，容易制作，安全；缺点是测量精度较低，距离不能够太远，方向性不好。
红外传感器测距工作原理：红外测距传感器是利用的红外测距传感器LDM301发射出一束红外光，在碰到物体后形成一个反射的回路，反射到传感器后接收反射波，然后利用CCD图像处理接收发射与接收的时间之差的数据。经信号处理器处理后计算出车子到物体的距离。适用于恶劣的工作环境中[3]。
方案二：激光传感器测距
激光测距
激光传感器测距工作原理：激光传感器工作的时候，首先使用激光发射二极管向目标发射激光脉冲。碰到目标后，激光会同时向四周反射。传感器接收器接收到一些反射光，光学系统接收以后在雪崩光电二极管上面成像。雪崩光电二极管是一种能够检测出很微弱的光信号，并且能够将它转化为相应的电信号的光学传感器。常见的是激光测距传感器，它通过光脉冲发出时间和被接收器接收的时间，就能够计算得到目标的距离[4]。
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